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서론 Double Skin Facade 의 개념 및 원리 Double Skin Facade System 의 특성 Double Skin Facade System 의 적용사례 결론

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서론 Double Skin Facade 의 개념 및 원리 Double Skin Facade System 의 특성 Double Skin Facade System 의 적용사례 결론 - PowerPoint PPT Presentation


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목 차. 서론 Double Skin Facade 의 개념 및 원리 Double Skin Facade System 의 특성 Double Skin Facade System 의 적용사례 결론.

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Presentation Transcript
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목 차

  • 서론
  • Double Skin Facade의 개념 및 원리
  • Double Skin Facade System의 특성
  • Double Skin Facade System의 적용사례
  • 결론
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서론최근 사회적 욕구와 건축기술의 결합에 따라 건설되어지는 국내의 고층 건물들은 도심에 위치하여 주거와 상업, 문화, 위락 등 다양한 기능을 제공하고 있으며, 크기에 있어서도 대형화되어지고 있을 뿐만 아니라, 그 외관은 커튼월시스템을 사용하여 하이테크한 이미지를 부여하고, 창의 면적을 확장하여 더욱 개방적인 시각적 투명성을 확보함으로써 양호한 전망을 제공하고 있다. 그러나 건물들의 고층화에 따른 구조체 및 외피의 경량화와 창의 면적증가는 건물 전체 열손실의 40%를 차지하는 외피의 열성능을 더욱 저하시키는 요인이 되고 있다. 또한 커튼월의 입면을 가진 국내의 고층 건물들은 자연환기보다는 기계식 강제환기에 의존함으로써 에너지를 낭비하고 있을 뿐만 아니라 밀폐된 거주공간 내의 거주자들에게 건물병증후군(Sick Building Syndrome)과 같은 불쾌감이나 통증, 각종 질병 등을 유발시켜 거주자의 건강에 나쁜 영향을 미치고 있다. 그럼에도 불구하고 조절 Facade System은 아직 국내에서는 미비한 실정이다. 따라서 거주자의 건강을 위한 실내환경의 질과 에너지 절감 성능의 향상을 위하여 기계적 환기시스템보다는 자연에너지를 적극 활용할 수 있는 자연환기가 가능한 환경친화적인 Facade System의 도입 및 검증이 이루어져야 할 필요성이 있다. 이에 최근 서구에서는 고층의 건물에 자연환기가 가능한 Facade System을 적용하여 기존의 강제환기에 따른 문제와 고층에서의 자연환기 문제를 해결하려는 연구들이 활발하게 이루어지고 있으며, 특히 독일을 중심으로 한 유럽에서는 환경친화적인 Dobule Skink Facade System (이하 DSF)이 실제로 많은 건물에 적용되어 학술적인 검증이 이루어지고 있는 단계에 있다. 따라서 본 글에서는 국내 고층건물에서의 문제점들을 해결하기 위한 친환경적 해법으로써 자연에너지를 적극적으로 활용하면서 고층에서 자연환기가 가능한 “DSF”를 중심으로 국내,외 적용사례와 문헌자료의 분석을 통해 “DSF”의 특성을 살펴보고, 검토하고자 한다.

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2. Double Skin Facade의 개념 및 원리1990년대 이후 ‘환경친화’라는 용어는 거의 모든 분야에 적용되고 있으며, 건축분야에서도 환경친화적인 건축에 대한 관심이 증대되어 오고 있는데, 환경친화적 건축은 “건물 시스템을 자연 생태계의 일부에 편입하여 주변환경과 조화를 이루면서 자연환경을 합리적으로 이용하는 것” 이라고 정의하고 있다. 즉, 환경친화는 자연환경에 대한 환경부하를 최소화하면서, 외부의 자연환경 조건 및 자연에너지를 최대한 이용하고, 또한 재생 가능한 에너지 자원을 적극 활용함으로써 에너지 소비를 최소화하는 것이다. 건축부문에 있어서 에너지 소비를 최소화하기 위해서는 열적 성능에 가장 취약한 건물의 외피부분에 대한 성능개선에 초점을 맞추어야 할 필요성이 있다. 오랜 건축의 역사를 통해 취약한 Facade의 열적 성능을 개선하려는 연구와 시도는 환경친화적 Facade System의 개발로 꾸준히 지속되어 왔는데, 현재까지 환경친화적 Facade System 중에서 가장 발달된 형태로 실제 건물의 적용과 학문적 검증이 많이 이루어지고 있는 것이 DSF이다.

[ Doble Skin Façade의 개념도 ]1. Outer Skin2. Outer Skin 하부 흡기3. Vertical Blind4.중공층5. Inner Skin6. Outer Skin 배기

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DFS는 double-leaf, double-façade, double-envelope, twin-face, twin-skin 등의 각기 다른 이름으로 알려져 있으며, 최근에 환경오염 방지를 위한 국제적 규제와 에너지의 효율적 이용에 따라 기능적인 면이나 미적인 면에서 건물에 적용할 수 있는 하이테크한 환경친화적인 Façade System으로 가장 관심을 모으고 있는 것 중의 하나이다.DFS는 기존의 Facade에 하나의 Facade를 추가한 multi-layer의 개념을 이용한 것으로 형태적으로는 외기와 접하는 외측 Facade와 실내에 접하는 내측 Facade 그리고 내-외측 Facade 사이이 수평 블라인드가 설치된 중공층으로 구성되어 있다. 외측 Facade는 외부 기상의 영향에 대하여 내부를 보호하고 건물 외부에서 발생된 소음의 내부유입을 일차적으로 차단하는 의미를 가진다. 그리고 외측 Facade의 상하부에는 적절하게 설계된 환기를 위한 개구부를 두어 높은 외부풍압을 감소시켜 중공층에 외기를 도입하고, 이를 다시 실내로 유입함으로써 높은 외부풍압에서도 자연환기가 가능하도록 고안된 시스템이다.DFS는 열저항이 낮은 유리를 내-외측 Facade에 사용하여 Facade를 구성하고 있으나 이들 유리 사이에 열전달 저항이 큰 공기층을 두어 외피 전체의 열관류율을 낮춤으로써 단열에 유리하도록 설계되어 있을 뿐만 아니라 내-외측 Facade에 개구부를 설치하여 냉방기 야간이나 중간기에 자연환기가 가능하도록 하였다. 이러한 DFS 구조는 방음과 방범에서도 유리한 점을 가지고 있다. 실내에서 외부로의 열손실이 많이 발생하는 겨울철 난방기간에는 내-외측 Facade의 개구부를 닫아 중공층이 열적인 완층공간의 역할을 수행한다. 이는 태양일사에 의해 데워진 중공층이 실내로 열을 전달하기도 하고 실내의 열이 Facade를 통해 외부로 빠져나가는 것을 막아줌으로써 난방부하를 효과적으로 줄여준다. 외부의 높은 기온과 태양일사에 의해 실의 열획득이 증가하는 냉방기간의 주간에는 내측 Facade의 개구부를 닫음과 동시에 외측 Facade의 상하부 개구부를 모두 개방하여 실내로의 열획득을 줄여줌으로써 냉방부하를 감소시킨다. 즉 태양일사에 위해 데워진 중공층 내의 공기 밀도는 낮아지므로 상승압력의 부력을 가지게 되고, 외측 Facade의 상부 개구부를 통하여 열에너지를 외부로 배출하게 된다. 이때 배출된 중공층의 공기량 만큼 외측 Facade 의 하부 개구부를 통해 외부공기가 유입됨으로써 중공층 내의 환기가 자연스럽게 이루어진다.

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뿐만 아니라 대개의 경우 건물의 높이가 높을수록 외측 Facade의 개구부에는 높은 외부 풍압이 작용함으로써 중공층의 환기력을 증가시켜 실내로의 열획득을 최소화시켜준다. 그리고 국내에서 사용이 보편화되지 않은 전동 수평 블라인드가 중공층 내부의 외측 Façade 안쪽에 설치되어 외부환경으로부터 차양장치를 보호하면서 차양장치의 효율을 극대화시키고, 블라인드가 흡수한 일사에너지를 중공층의 환기력 증대에 이용함으로써 중공층 내의 열에너지 배출을 도와준다. 이상에서 살펴보았듯이 DSF는 기후조건에 능동적으로 대처하며, 재생 가능한 자연에너지를 이용하여 거주자에게 쾌적한 거주환경을 제공할 뿐만 아니라 미적인 기능도 함께 지닌 복합적 가치의 진보된 커튼월시스템이라고 할 수 있겠다.

  • Double Skin Facade System의 특성 1) 열환경 및 에너지 DSF는 열성능이 취약한 유리를 사용하여 Facade를 구성하지만 두 Facade 사이에 중공층을 두어 Facade를 통한 에너지 손실을 막고, 여기에 블라인드를 설치하여 일사에 의한 영향을 조절할 수 있도록 함으로써 실의 냉-난방부하를 최소화시켜 실내환경 조절을 위한 기계적 설비운전에 소비되는 에너지량을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 고층에서의 높은 풍압에서도 실내의 자연환기가 가능하여 거주자의 쾌적한 실내환경 요구에 대응할 수 있다. 그리고 자연환기의 가능성이 높은 중간기에는 적극적으로 외기를 도입하여 자연환기를 통한 실내 냉방부하를 줄일 수 있다. 일사조절을 위한 중공층의 블라인드는 여름철 일사에너지를 흡수하여 중공층의 연돌효과를 증대시켜 중공층의 환기력을 높이는 역할을 함으로써 중공층의 열이 실내로 전달되는 것을 막아 냉방부하를 줄여주는 역할을 하고 있다. 이처럼 DSF는 계절변화에 따른 별도의 운전방식으로 열적효과를 극대화시키고 실내 환경조절을 위한 기계적 설비시스템과 병용하여 사용됨으로써 쾌적한 실내환경을 만들 수 있을 뿐만 아니라 건물 에너지 소비의 절감을 가져올 수 있다.
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통상산업부에서 시행한 “ DSF 설계기술개발 ”연구보고서에 따르면 DSF를 설치할 경우 일반적인 Facade시스템에 비해 20~35% 정도의 에너지를 절감할 수 있으며, 대우건설기술연구소의 DSF는 에너지 절감량이 하절기에약 20%, 동절기에 약 25% 정도라고 언급하고 있다. 2) 자연환기 및 음환경 건물의 자연환기는 건물주변의 풍압차에 의한 바람과 부력에 의해서 발생하며 신선 외기도입과 냉각효과 측면에서 중요한 건축환경설계인자로 인식되고 있다. 외부의 풍속과 풍압은 건물의 높이가 높아짐에 따라 증가하고 풍압변동의 폭도 큰 양상을 나타내는데, 외부의 높은 풍압변동의 폭이 DSF를 거쳐 실내에서는 안정적인 상태의 풍압으로 변하게 된다. 다시 말해 고층 건물 상부에서의 높은 외부풍압이 DSF의 외측 Facade 개구부를 통해 안정적인 풍압으로 실내에 공급되어지며, 이에 따라 외부풍속이 실내에서 감소함을 알 수가 있다. DSF에 있어서 외측 Facade를 통한 자연환기는 실내에 보다 높은 질의 IAQ(Indoor Air Quality)를 확보함으로써 강제환기에 의한 거주자들의 불쾌적감을 해소시켜 보다 쾌적한 거주환경을 제공해 준다. 한편 최근 도심의 고층 건물들의 외관이 경량의 커튼월시스템으로 건설되어 외부의 소음으로부터 자유롭지 못한데 비해 DSF를 사용할 경우 외부의 소음을 상당히 줄여줌으로써 보다 쾌적한 실내 음환경을 만들 수가 있다.3) 빛환경건물에 있어 창호는 조망과 채광 및 환기 등을 위한 필수적인 부분으로 창의 면적이 증대되어 오면서 실내가 투영되는 투명유리를 선호하는 경향이 두드러지고 있는데, 이는 밀폐된 공간을 싫어하는 인간의 심리를 반영한 것으로 해석할 수 있다. DSF의 투명한 창을 통한 자연채광은 실내 거주자들에게 심리적, 생리적으로 긍정적인 효과를 제공하여 거주성을 향상시키고, 주광의 활용에 따른 에너지 절감을 가져옴으로써 건강성과 쾌적성이 풍부한 실내 시환경을 조성할 수 있다.

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4) 미적 외관DSF는 유리를 건물의 Facade재료로 사용하여 기존의 이미지와 차별화된 투명하고 하이테크적 이미지를 건물에 부여함으로써 건물의 가치와 미적 효과의 증대, 광고 효과를 통한 기업의 이미지 상승에도 크게 기여한다. 또한 고층의 거주자들에게 심리적 안전감을 느낄 수 있도록 하며, 방범에 있어서도 유리할 뿐만 아니라 DSF가 구분되어 설치되면 화재 발생시 공기 유동에 따른 인접 공간으로 화재 확산 위험도 감소시킬 수 있다.

4. Double Skin Facade System의 적용사례1) 국내

초에너지절약형건물

한국에너지기술연구원

대우건설기술연구소

미래산업 첨단연구소

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2) 국외

  • 위치 : Dusseldorf, Germany
  • 준공시기 : 2000
  • 중공층의 높이 : Hybrid Cavity
  • 중공층의 너비 : Shaft-Box Type
  • 중공층의 환기 : Natural Ventilation
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위치 : Dusseldorf, Germany

  • 준공시기 : 1998
  • 중공층의 높이 : Story High Cavity
  • 중공층의 너비 : Corridor Type
  • 중공층의 환기 : Natural Ventilation
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위치 : Berlin, Germany

  • 준공시기 : 1997
  • 중공층의 높이 : Story High Cavity
  • 중공층의 너비 : Corridor Type
  • 중공층의 환기 : Natural Ventilation
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결론

  • 앞으로 건물의 규모가 더욱 커지고 고층화되어, 또한 유리와 배철금속을 이용한 하이테크적인 건축이 많이 나타날 것으로 예상된다. 따라서 이러한 미적이고 기증적인 요구를 만족시키며 건물의 에너지성능과 실내쾌적을 유지할 수 있는 DSF 시스템의 적용이 활발히 이루어질 것으로 판단된다. 또한, 신축건물 뿐만 아니라 리모델링을 하는 기존 건물에서도 기존의 취약한 Facade 시스템을 최대한 이용하여 그 위에 DSF를 설치하고, Facade의 성능을 향상시킴으로써 환경친화적인 개발을 하는데 많이 활용될 것으로 예상된다. 환경친화적이며 적용 가능한 DSF를 개발하기 위해서는 우선 새로운 Facade 시스템에 대한 폭 넓은 지식과 경험이 요구된다. 또한, DSF의 환경조절기능을 최적화시키고 엔지 절약적 시스템을 실현하기 위해서는 국내의 실정에 맞는 DSF 설계방안이 정립되어야 하며, 이들의 적용에 면밀한 엔지니어링 검토 과정이 수반되어야 한다. 이를 위해서는 냉-난방에너지, 환기, 자연채광 및 일사조절 등 다기능 Facade 시스템의 다양한 역할에 대한 성능을 평가하기 위한 방법과 설계를 수행하기 위한 프로세스에 관한 연구가 필요하다. 마지막으로 새로운 Facade 시스템을 도입함으로써 발생되는 초기투자비의 상승과 운전비 절감사이의 경제성에 대한 연구도 같이 수행되어져야 할 것이다.
  • <참고문헌 >
  • 김동화 “고층 주거용 건물의 성능평가를 통한 이중외피시스템의 적용에 관한 연구”, 영남대 석사학위논문, 2003.6.
  • 석호태, “더블스킨 파사드를 적용한 공동주택 발코니 설계에 관한 연구”, 제4회 영호남 건설기술관련 심포지움 논문집, 1999
  • 통상산업부, 이중외피 설계기술개발(1)에 관한 중간보고서, 1995.5
  • 포항산업과학연구원, 한국FM학회, 더블스킨파사드(DSF) 적용 건축 사례집(독일의 오피스를 중심으로), 2002.10